Чтобы скачать эту работу пришлите любую свою работу. В. В. Логвинов теория электрических цепей, схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной связи, радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа лабораторный практикум
 Скачать 5.6 Mb.
|
|
4 Порядок выполнения работы 4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap C:\MC10DEMO\mc10demo.exe или ПУСК\Все программы\Micro-Cap 10 Evaluation\Micro-Cap 10 Evaluation. В появившемся окне Micro-Cap Evaluation Version (рис. 6) собрать исследуемую схему (рис. 2). 20 Рис. 6 4.2 Сборка схемы КОС Соберем схему КОС содержащий операционный усилитель с двумя обратными связями (рис. 2). 4.2.1 Ввод батарей Ввести источник постоянного напряжения V1=1 В. Выберите Battery (рис. 7) или откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources\Battery. Рис. 7 Курсор примет форму графического изображения батареи. Поместите его на рабочее окно, так как показано на рис. 8. 21 Рис. 8 Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Battery. Введите значение (Value) один вольт 1V (рис. 9). Рис. 9 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 10). 22 Рис. 10 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 10). Нажмите кнопку ОК (рис. 9). Аналогичным образов установите еще две батареи V2=22 В и V3=22 В. 4.2.2 Ввод земли Выберите землю Ground (рис. 11) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground. Рис. 11 Установите землю снизу от источников напряжения V1, V2 и V3 (рис. 12). 23 Рис. 12 4.2.3 Ввод резисторов Ввести резистор R1=10 Ом. Выберите резистор Resistor (рис. 13) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Рис. 13 Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor. В окне Value введите значение сопротивления R1=10 Ом (10), нажмите кнопку OK (рис. 14). 24 Рис. 14 Аналогичным образов установите резисторы R2=10 Ом и R3=R H =10 Ом. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 15). Рис. 15 4.2.4 Ввод операционного усилителя Установите операционный усилитель X1 (LF155). Откройте меню Component\Analog Library\Opamp\General\L-\LF147 и выберите операционный усилитель LF155 (рис. 16). 25 Рис. 16 Зафиксируйте его на рабочем столе, щелкнув левой клавишей мыши. В появившемся окне появится значение (Value) LT155 (рис.17). 26 Рис. 17 Выберите модель операционного усилителя LEVEL 1. Нажмите кнопку ОК. При необходимости, можно отразить или развернуть этот элемент на 90 0 . Для этого нажмите на клавишу выбора объектов для последующего редактирования Select Mode (рис. 18). 27 Рис. 18 Выделите элемент и щелкните кнопку Rotate для поворота и кнопку Flip Y для отражения (рис. 19). Рис. 19 В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 20). Рис. 20 4.2.5 Ввод проводников Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 21). 28 Рис. 21 В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.virtualave.net/) файл L29_1.CIR (File\Open…) (рис. 22). Рис. 22 4.3 Анализ входного сопротивления КОС Убедитесь, что введены все значения элементов правильно. Получите зависимость входного сопротивления КОС R ВХ =U 1 /–I 1 где от времени t [0; 5] с. Замечание. В этом выражение –I 1 , т.к. направление напряжения и тока на элементе батарея не совпадают. Для этого в меню Analysis выберите команду Transient… (рис. 23). 29 Рис. 23 На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором следует задать параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 24. Рис. 24 Time Range «5» – интервал расчета временного процесса tmax[, tstart]. Maximum Time Step «0.01» максимальный шаг интегрирования. P номер окна «1» в котором будет построен график. X Expression «t» – аргумент функции. Y Expression «V(V1)/-I(V1)» – вычисление входного сопротивления КОС. X Range «5,0,0.5» – интервал и шаг отображения аргумента по оси Х. Y Range «0,-20,2» – интервал и шаг отображения функции по оси Y. Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости входного сопротивления КОС от времени рис.25. 30 Рис. 25 Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите кнопку Run. Из рис. 24 видно, как график входного сопротивления КОС является прямой линией и совпадает с графиком входного сопротивления полученного в предварительном расчете (рис.3). Величину входного сопротивления КОС найденную из данного экспериментального графика занесите в таблицу 1 (R ВХ =–10 Ом). 4.4 Работа с графиком Отредактируйте полученные графики используя кнопку Т (Text Mode). Добавьте названия, введите единицы измерения по осям и т.п. Для копирования этого изображения в отчет нажмите на клавиатуре одновременно клавиши <Alt + Print Screen>, откройте графический редактор Paint и нажмите кнопку «Вставить». Проведите необходимое редактирование. Выделите и скопируйте в буфер обмена отредактированный рисунок. Откройте отчет (Word) и нажмите кнопку «Вставить». Аналогичным образом постройте еще четыре графика входного сопротивления КОС для других значений R 1 , R 2 и R H взятых из предварительного расчета (таблица 1). Величины входного сопротивления КОС R ВХ занесите в таблицу 1. Сделайте вывод для каждого машинного эксперимента. 31 4.5 Моделирование отрицательной емкости Получите зависимость мнимой части входного сопротивления Im[Z BX (f)] от частоты, R 2 =R 3 =10 Ом, С 1 =230 нФ, f [1; 10] кГц. Замените батарею (Battery) V1 на источник синусоидального напряжения (Sine Source) с амплитудой 1 В и частотой 10 кГц (рис. 26). 32 Рис. 26 Замените в КОС R1 на конденсатор C1=230n (рис. 27). 33 Рис. 27 Окончательно получим следующую схему (рис. 28). Рис. 28 Выберите на графике какую либо частоту, например 3,5 кГц. Определите соответствующую ей величину реактивного входного сопротивления X. Рассчитайте входную 34 емкость. Сравните величину полученной емкости с предварительным расчетом. Занесите данные результаты в соответствующий раздел отчета. 4.6 Моделирование отрицательной индуктивности Получите зависимость мнимой части входного сопротивления Im[Z BX (f)] от частоты, R 1 =R 3 =10 Ом, С 1 =230 нФ, f [1; 10] кГц. Поменяйте местами R2=R1 (рис. 28) с C1 (рис. 29). Рис. 29 Выберите на графике какую либо частоту и определите соответствующую ей величину реактивного входного сопротивления. Рассчитайте входную индуктивность. Сравните величину полученной индуктивности с предварительным расчетом. Занесите данные результаты в соответствующий раздел отчета. 5 Обработка результатов машинного эксперимента Сравнить кривые напряжений с аналогичными кривыми, полученными теоретически. Сделать выводы. 6 Вопросы для самопроверки 1. Какая цепь называется КОС, поясните принцип её работы. 35 2. Нарисуйте схему КОС с комплексными элементами, укажите направления всех токов. 3. Выведите формулу входного сопротивления КОС в комплексной форме. 4. Что называется D-элементом? 5. Что называется E-элементом? 7 Содержание отчета Отчет оформляется в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, полуторный интервал. Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты предварительного расчета и машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них. 8 Литература 1. Фриск В. В. Основы теории цепей. – М.: РадиоСофт, 2002. – 288 с. 2. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основ теории цепей – М.: Радио и связь, 2003. – 592 с. 3. Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей – М.: Радио и связь, 1986. –544 с. 4. Амелина М. А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap Версии 9, 10. – Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. – 617 с. 36 37 Лабораторная работа № 30 Моделирование на ЭВМ переходных процессов в цепях первого порядка 1 Цель работы С помощью машинного эксперимента исследовать переходные процессы в цепях первого порядка. 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения теории переходных процессов в электрических цепях стр. 109-119 [1], стр. 157-167 [2], стр. 185-198 [3] и стр. 41-44 [4] выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [5, 6]. 3 Предварительный расчет 3.1 Рассчитать постоянные времени RC для неразветвленной RC-цепи, если C 1 =0,25 мкФ, а R 1 принимает значения R 1 =20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5120 Ом (рис. 1). Рис. 1 Полученные данные занести в таблицу 1. 3.2 Рассчитать постоянные времени RL для неразветвленной RL-цепи, если L 1 =45 мГн, а R 1 принимает значения R 1 =20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5120 Ом (рис. 2). 38 Рис. 2 Полученные данные занести в таблицу 1. Таблица 1 По предварительному расчету (C 1 =0,25 мкФ, L 1 =45 мГн) R1, Ом 20 40 80 160 320 640 1280 2560 5120 RC , мкс RL , мкс По экспериментальным данным RC , мкс RL , мкс 3.3 Рассчитать и построить временные зависимости тока i(t), напряжения на резисторе u R (t) и напряжения на конденсаторе u C (t) в неразветвленной RC-цепи, если цепь включается на постоянное напряжение. Принять E 1 =1 В, R 1 =160 Ом, C 1 =0,25 мкФ, t [0; 3 RC ] (рис. 3). Рис. 3 Занесите полученные графики в соответствующий раздел отчета. 39 3.4 Рассчитать и построить временные зависимости тока i(t), напряжения на резисторе u R (t) и напряжения на катушке u L (t) в неразветвленной RL-цепи, если цепь включается на постоянное напряжение. Принять E 1 =1 В, R 1 =160 Ом, L 1 =45 мГн, t [0; 3 RL ] (рис. 4). Рис. 4. Занесите полученные графики в соответствующий раздел отчета. 4 Порядок выполнения работы 4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap C:\MC10DEMO\mc10demo.exe или ПУСК\Все программы\Micro-Cap 10 Evaluation\Micro-Cap 10 Evaluation. В появившемся окне Micro-Cap Evaluation Version (рис. 5) собрать исследуемую схему (рис. 2). 40 Рис. 5 4.2 Сборка схемы RC-цепи Соберем схему RC-цепи содержащий V1=1V, R1=160 Ом, C1=0.25u, t [0; 3 RC ] (рис. 2). 4.2.1 Ввод батареи Ввести источник постоянного напряжения V1=1 В. Выберите Battery (рис. 6) или откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources\Battery. Рис. 6 Курсор примет форму графического изображения батареи. Поместите его на рабочее окно, так как показано на рис. 7. 41 Рис. 7 Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Battery. Введите значение (Value) один вольт 1V (рис. 8). Рис. 8 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 9). 42 Рис. 9 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 10). Нажмите кнопку ОК (рис. 10). 4.2.2 Ввод земли Выберите землю Ground (рис. 10) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground. Рис. 10 Установите землю снизу от источника напряжения V1. Аналогичным образом установите еще две земли для ключа (рис. 11). Рис. 11 43 4.2.3 Ввод резистора Ввести резистор R1=160 Ом. Выберите резистор Resistor (рис. 12) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Рис. 12 Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor. В окне Value введите значение сопротивления R1=160 Ом (160), нажмите кнопку OK (рис. 13). Рис. 13 В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 14). 44 Рис. 14 4.2.4 Ввод ключа Откройте меню Component\Analog Primitives\Special Purpose и выберите ключ Switch (рис. 15). Рис. 15 Введите параметры ключа, управляемого временем. При T>0 ключ должен замкнуться, поэтому в окне Switch значение (Value), в латинском регистре, впишите T,0 (рис. 16). 45 Рис. 16 Нажмите кнопку ОК. Установите землю у полюсов «+» и «-» ключа и возле батареи. При необходимости, можно поворачивать элементы с помощью клавиш поворота и отражения (рис.17). Рис. 17 46 4.2.5 Ввод конденсатора Ввести незаряженный конденсатор C1=0.25u=0,25 мкФ. Выберите Capacitor (рис. 18) или откройте меню Component\Analog Primitives\Passive Components/Capacitor . Рис. 18 Введите значение емкости 0.25u и нулевые начальные условия IC=0 (рис. 19). Рис. 19 Нажмите кнопку ОК. 47 В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 20). Рис. 20 4.2.6 Ввод проводников Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 21). Рис. 21 Замечание. Если щелкнуть на надписи «SW1», то ее можно заменить на более привычное «К». В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.virtualave.net/) файл L30_1.CIR (File\Open…) (рис. 22). 48 Рис. 22 4.3 Анализ переходного процесса в RC-цепи Убедитесь, что введены все значения элементов правильно. Получите зависимости мгновенного тока i(t)=I(R1), напряжения на резисторе u R (t)=V(R1), напряжения на конденсаторе u C (t)=V(C1) и напряжения источника V(V1) от времени t [0; 3 RC ] (рис. 3). Для этого в меню Analysis выберите команду Transient… (рис. 23). Рис. 23 На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором следует задать параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 24. 49 Рис. 24 Time Range «120u» – интервал расчета временного процесса tmax[, tstart]. Maximum Time Step «0.1u» максимальный шаг интегрирования. P номер окна «1» или «2» в котором будет построен график. X Expression «t» – аргумент функции. Y Expression – вычисление требуемых зависимостей напряжений и тока. X Range «120u,0,10u» – интервал и шаг отображения аргумента по оси Х. Y Range «1.1,-0,0.1» и «8m,0,2m» – интервал и шаг отображения функции по оси Y. Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться требуемые графики зависимости от времени (рис.25). 50 Рис. 25 Скопируйте полученные кривые в соответствующий раздел отчета. Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите кнопку Run. По графику напряжения на конденсаторе вычислите постоянную времени RC-цепи. Полученные данные занесите в таблицу 1. 4.4 Работа с графиком Отредактируйте полученные графики используя кнопку Т (Text Mode). Добавьте названия, введите единицы измерения по осям и т.п. Для копирования этого изображения в отчет нажмите на клавиатуре одновременно клавиши <Alt + Print Screen>, откройте графический редактор Paint и нажмите кнопку «Вставить». Проведите необходимое редактирование. Выделите и скопируйте в буфер обмена отредактированный рисунок. Откройте отчет (Word) и нажмите кнопку «Вставить». Сделайте вывод о характере кривых полученных в данном эксперименте. |